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相变蓄热材料在供暖中的应用

发布时间:2016-11-22 | 浏览次数:0
  每到供暖季的到来,随之而来的便是雾霾,燃煤供暖对空气质量的严重污染,使之国家对生活环境越来越重视。“十三五”煤改电政策的实施,全国都进入了煤改电的热潮之中。虽然利用电能取暖,但是由于能源的供给与需求具有较强的时间性和空间性,在许多能源利用系统中(如太阳能系统、建筑物空调和采暖系统、冷热电联产系统、余热废热利用系统等)存在着供能和耗能之间的不协调性(失配),从而造成了能量利用的不合理性和大量浪费。例如:在不需要热时,却有大量热的产生,有时候供应的热却有很大一部分作为余热被损失掉,这些都需要一种类似于储水池储水一样的物质把热量储存起来,需要时再释放出来,这样的物质称为热能储存材料(蓄热材料)。人们对蓄热材料,特别是相变蓄热材料的认识和研究是近几十年的事情。二十世纪二十年代以来,特别是七十年代能源危机的影响,相变蓄热的基础和应用技术研究在发达国家迅速崛起,并得到不断的发展,日益成为受人重视的新材料。在太阳能利用、电力的“ 削峰填谷”、废热和余热的回收利用以及工业与民用建筑采暖与空调的节能领域具有广泛的应用前景,近年来已成为世界范围的研究热点。相变储能材料作为储能技术的基础,在国内外得到了极大的发展。
  何为相变蓄热材料呢,相变蓄热材料(PCM)是一种具有特定功能的物质,他能在特定温度后者温度范围(相变温度)下发生物质相态的变化,并且伴随着相变过程吸收或者放出大量的相变潜热,所以可以用来储热或者蓄冷。相变储能与显热储能相比具有储能密度高、储能放能近似等温、过程易控制等特点,非常适于解决能量供给与需求失衡的难题。
相变材料根据化学组成分类成无机相变材料与、有机相变材料与复合相变材料。
  1.无机相变材料主要包括结晶水合盐、熔融盐、金属或合金。结晶水合盐通常是中、低温相变蓄能材料中重要的一类,价格便宜,体积蓄热密度大,熔解热大,熔点固定,热导率比有机相变材料大,一般呈中性,且工作温度跨度比较大,更重要的是可在高温下进行蓄热。
  2.有机相变材料主要包括石蜡, 脂肪酸、某些高级脂肪烃、醇、羧酸及盐,包括石蜡类、非石蜡类、某些聚合物等。这种材料发生相变时体积变化小, 过冷度轻, 无腐蚀, 热效率高, 是很有发展前途的相变材料。
  3.复合材料蓄热主要是指相变材料和高熔点支撑材料组成混合储热材料的蓄热方式。材料的复合化可将各种材料的优点集合在一起, 制备复合相变材料是潜热蓄热材料的一种必然的发展趋势。
相变材料按照蓄热方式可分为显热蓄热、潜热蓄热和化学反应蓄热。
  1.显热蓄热是通过蓄热材料的温度的上升或下降来储存热能。
  2.潜热蓄热是利用相变材料发生相变时吸收或放出热量来实现能量的储存,具有单位质量(体积)蓄热量大、温度波动小(储、放热过程近似等温)、化学稳定性好和安全性好等特点。
  3.化学反应蓄热是利用可逆化学反应通过热能与化学热的转化来进行储能的。
  相变材料根据蓄热温度范围可分为低温范围-100℃以下的蓄热、中等范围-100~250℃的蓄热和高等范围-250℃以上的蓄热。
相变蓄热材料制成的低温地板辐射采暖是一种更为先进、舒适的采暖形式,该采暖形式已经在西方发达国家广泛应用,在我国的应用也越来越广泛。太阳能地板辐射采暖是一种以采集的太阳能作为热源,通过敷设于地板中的盘管加热地面进行供暖的系统。
  供暖中由于低温地板辐射采暖系统的水温要求不高,可以低至 30℃,其热源可以根据各个地方的不同的能源经济特点制定一定的系统形式。如地源热泵低温热水蓄能地板辐射采暖,利用夜间廉价电由地源热泵系统从地下土壤取热,经电力压缩机对循环工质做功,从而对辐射地板系统提供 40~45℃的低温热水,进入地面盘管加热相变材料,使其产生相变,以潜热形式储存热量,白天放出给房间供暖。又如电热电缆蓄能地板辐射采暖,标准发热电缆地暖蓄能系统是以电力为能源,以埋入地下的低温发热电缆为发热体,利用夜间廉价电通过电缆加热相变材料,将电能全部转化成热能,使其产生相变,以潜热形式储存热量,白天通过辐射和传导的方式实施对周围空气、物体及人体的加热。
综上所述,相变材料作为一种新型的蓄热材料才刚刚开始被人们所开发利用,在今后的供暖应用中有着无限的潜能,未来会对我们生活中的供暖带来很大的改善。
 
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